PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN

PGS-TS PHẠM VĂN HOÀ ( Chủ biên)
TS PHƢƠNG HOÀNG KIM
ThS NGUYỄN NGỌC TRUNG

PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ
THỐNG ĐIỆN
TRUNG QU OC
Lai Chau
Viet Tri
Son La

LAO

Thac Ba

Soc Son

PhLai
Uong BiQuang Ninh
Chem
Ha Dong Mai a
Dong
Hai Phong
Thuong Tin
HOA BINH
Din
h
Nho Quan
Ninh Binh
Thanh Hoa

Mien Bac
Vinh

Nam Theun
2
TH AIL AN
GHI CHU
D
500kV DZ 500kV (- 2020)
500kV DZ 500kV (- 2010)
500kV DZ 500kV h ien co
220kV DZ 220kV h ien co
Tra m 500kV (- 2020)
Tra m 500kV (- 2010)
Tra m 500kV hien co
Tra m 220kV hien co
NMTD hien co
NMND hien co

H a Tinh
Mien Trung

Dong Hoi

Quang Tri
Da Nang
Doc Soi

Ban
Paam

Yaly

Vinh Son

Plei Ku
Quy Nhon

Sam Bor
CAMPUCH IA

Krong
Buk SongHinh

Nha Trang
D.Nai3&4 Linh
Di
Da Nhim
Tan Dinh

Thac Mo
Tri An

Bao Loc

Dien Nguyen tu
Song May
Nhon Trach
Phu Lam
Phu My

Nha Be
Hoc Mon

O

Cai Lay
Rach Gia TrNoc
Mon
a

B Ria
a

MIEN NAM

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA – HÀ NỘI
TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

PGS-TS PHẠM VĂN HOÀ ( Chủ biên)
TS PHƢƠNG HOÀNG KIM
ThS NGUYỄN NGỌC TRUNG

1


PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ
THỐNG ĐIỆN
 TÝnh to¸n thiết kế l-ới điện
Tính toán chế độ xác lập hệ thống điện

Phân tích chế độ làm việc của đ-ờng dây dài
Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS
Cơ khí đ-ờng dây
Giỏo trỡnh dựng cho sinh viên, học viên cao học các trường Đại học học kỹ
thuật, chuyên ngành Hệ thống điện

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA H NI 2010

Lời nói đầu
S phỏt trin cỏc hệ thống điện là tập trung hoá sản xuất điện năng, trên cơ sở các nhà
máy điện lớn phát triển hợp nhất thành hệ thống lớn phức tạp bao gồm cả các đƣờng dây tải
điện cao áp và siêu cao áp. Do vậy việc tính tốn thiết kế, phân tích các chế độ xác lập đối
với chúng địi hỏi có các phƣơng pháp tính tốn hiện đại, đặc biệt lập tình tính tốn bằng máy
tính; sử dụng các kỹ thuật điện tử công suất trong điều khiển nâng cao chất lƣợng điện cho hệ
thống truyền tải điện là yêu cầu nhất thiết đối với sinh viên, kỹ sƣ, học viên cao học và các
nghiên cứu viên chuyên ngành “Hệ thống điên”.
Giáo trình “ Phân tích chế độ xác lập Hệ thống điện ” sẽ cung cấp các kiến thức cơ bản
về các vấn đề nêu trên. Nội dung giáo trình đƣợc tóm tắt sơ lƣợc qua các chƣơng nhƣ sau:
Chương 1. Phân tích tính tốn thiết kế lưới điện
Chƣơng này giới thiệu nội dung chính cho một thiết kế lƣới điện khu vực, từ đó bổ sung
một số kiến thức phục vụ cho thiết kế nhƣ: tính tốn cân bằng công suất trong hệ thống điện,

2


xây dựng các phƣơng án nối dây, chọn thiết diện dây dẫn và tính tốn kinh tế-kỹ thuật để
chọn phƣơng án tối ƣu.
Chương 2. Tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện phức tạp
Nội dung của chƣơng này là giới thiệu các hệ phƣơng trình mơ tả chế độ xác lập hệ thống
điện, các phƣơng pháp giải hệ phƣơng trình xác định các thơng số chế độ cùng với các thuật

toán hiện đại và sơ đồ khối để lập trình cho máy tính.
Chương 3. Đường dây siêu cao áp và hệ thống truyền tải điện
Trong chƣơng này phân tích và tính tốn chế độ đƣờng dây đồng nhất ( khơng có các thiết
bị bù) và hệ thống truyền tải siêu cao áp ( bao gồm các đƣờng dây, máy biến áp và các thiết
bị bù), nêu các biện pháp bù dọc và bù ngang nâng cao hiệu quả tải điện của đƣờng dây siêu
cao áp.
Chương 4. Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS
Trong chƣơng này giới thiệu các thiết bị điện tử công suất hiện đại đƣợc cài đặt trong các
hệ thống truyền tải điện để điều khiển linh hoạt, tác động nhanh đảm bảo ổn định và nâng
cao chất lƣợng điện cho hệ thống điện.
Chương 5 . Tính tốn cơ khí đường dây trên khơng
Trong chƣơng 4 đề cập một số kiến thức cơ bản về cơ khí đƣờng dây trên khơng nhƣ: tỷ tải
cơ học đối với đƣờng dây trên không, độ võng, độ dài dây dẫn trong khoảng vƣợt và khoảng
cột tới hạn.
Giáo trình này đƣợc dùng cho sinh viên đại học, học viên cao học chuyên ngành hệ thống
điện trong các trƣờng đại học, nó cịn có thể hữu ích cho các nghiên cứu sinh, cán bộ kỹ thuật
và kỹ sƣ hoạt động trong lĩnh vực này.
Tập thể tác giả rất mong bạn đọc gửi những ý kiến nhận xét và góp ý về cuốn sách theo
địa chỉ : Phạm Văn Hoà, Trƣờng Đại học Điện lực, 235 Hoàng Quốc Việt, Email:
hoapv@.epu.edu.vn
Xin chân thành cảm ơn.
Thay mặt tập thể tác giả
PGS-TS PHẠM VĂN HOÀ

3


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TIẾNG VIỆT:
CĐXL

DSCA
HTĐ
MBA
TĐK

Chế độ xác lập
Đƣờng dây siêu cao áp
Hệ thống điện
Máy biến áp
Tự động điều chỉnh kích từ

TIẾNG ANH :
BESS
FACTS

Battery Energy Storage System
Flexible AC Transmission Systems

IPC

Interphase Power Controller

IPFC

Interline Power Flow Controller

MOV
PI
POD
SPS

SSG
SSSC

Metal Oxide Varistor
Propotional Integral
Power Oscillation Damping
Static Phase Shift
Static Synchronous Generator
Static
Synchronous
Series
Compensator
Static Var Compensator

Hệ thống lƣu trữ năng lƣợng ắc quy
Thiết bị điều chỉnh hệ thống truyền
tải điện xoay chiều linh hoat
Thiết bị điều chỉnh công suất riêng
rẽ

SVC

Máy bù tĩnh điều khiển bằng
thyristor
Synchronous Máy bù đồng bộ tĩnh

STATCOM

Static
Compensator

TCVL

Thyristor-Controlled
Voatage
Limiter
Thyristor Controlled Reactor
Thyristor-Controlled
Phase
Argument Regulator

TCR
TCPAR
TCPST
TCSC

4

Biến trở
Khối tỷ lệ tích phân
Khối giảm dao động công suất
Bộ chuyển bán dẫn tĩnh
Máy phát đồng bộ tĩnh
Thiết bị bù dọc đồng bộ tĩnh

Thyristor-Controlled
Shifting Transformer
Thyristor
Controlled
Capacitor

Máy giới hạn điện áp điều khiển
bằng thyristor
Kháng điện điều chỉnh thyristor
Thiết bị điều chỉnh góc pha điều
khiển băng thyristor

Phase Máy biến áp chuyển pha điều chỉnh
bằng thyristor đóng cắt
Series Tụ bù dọc điều khiển bằng thyristor


Series Máy bù dọc điều khiển bằng điện
kháng

TCSR

Thyristor-Controlled
Reactor

TCVL

Thyristor
Limiter

TCVR

Thyristor- Controlled Voltage
Regulator

Máy điều chỉnh điện áp đièu khiển
bằng thyristor

TSC

Thyristor Switched Capacitor

Bộ tụ đóng mở bằng thyristor

TSR

Thyristor Switched Reactor

Kháng đóng
thyristor

TSSC

Thyristor-Switched Series

Máy bù dọc bằng tụ điện

TSSR

Thyristor-Switched Series Reactor

Máy bù dọc bằng kháng điện

UPFC

Unified Power Flow Controller

Thiết bị diều khiển công suất hợp
nhất

Controlled

Voltage Máy giới hạn điện áp điều khiển
bằng thyristor

mở

bằng

UPFC

5


Chương 1
PHÂN TÍCH TÍNH TỐN THIẾT KẾ LƢỚI ĐIỆN
§1.1 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA THIẾT KẾ LƢỚI ĐIỆN
Nội dung chính của thiết kế lƣới điện bao gồm:
- Phân tích các phụ tải điện và tính tốn cân bằng cơng suất;
- Xây dựng các phƣơng án nối dây, tính tốn kinh tế kỹ thuật chọn phƣơng án tối ƣu;
- Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính;
- Tính tốn các chế độ vận hành đối với phƣơng án tối ƣu;
- Tính tốn chọn bù cơng suất phản kháng tại các nút phụ tải;
- Lựa chọn phƣơng thức điều chỉnh điện áp tại các trạm biến áp;
- Tính tốn các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho lƣới điện.

Trong chƣơng 1 sẽ giới thiệu một số kiến thức tổng hợp mang tính lý luận phục vụ cho
tính tốn thiết kế lƣới điện, còn hƣớng dẫn chi tiết cho các nội dung nêu trên sẽ đƣợc đê cập
trong giáo trình khác.

§1.2 TÍNH TỐN CÂN BẰNG CƠNG SUẤT
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.2.1 Cân bằng công suất trong trƣờng hợp tổng quát
Đặc điểm của hệ thống điện (HTĐ) là chuyển tải tức thời điện năng từ nguồn đến hộ tiêu
thụ và khơng có khả năng tích trữ lại điện năng với một lƣợng lớn, có nghĩa là q trình sản
xuất và tiêu thụ điện xảy ra đồng thời theo một nguyên tắc đảm bảo cân bằng công suất. Tại
từng thời điểm của chế độ xác lập của hệ thống, các nguồn phát điện phải phát ra công suất
đúng bằng công suất tiêu thụ, trong đó bao gồm cả tổn thất cơng suất trong lƣới điện.
Xét trƣờng hợp tổng quát HTĐ bao gồm các nhà máy điện và các phụ tải điện. Sự cân bằng
công suất phải đƣợc đảm bảo về công suất tác dụng cũng nhƣ công suất phản kháng. Vấn đề
này đƣợc xem xét cụ thể nhƣ sau:
1. Cân bằng công suất tác dụng
Sự cân bằng công suất tác dụng đƣợc thể hiện bằng phƣơng trình cân bằng cơng suất nhƣ
sau:

PF  mPpt  P  Ptd  Pdp

(1.1)

trong đó
PF - tổng cơng suất tác dụng phát ra từ các nguồn;
Ppt - tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ cực đại;
m - hệ đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại;
P - tổng tổn thất công suất tác dụng trên đƣờng dây và máy biến áp, có thể tính gần
đúng bằng 5% của mPpt ;

Ptd - tổng cơng suất tác dụng tự dùng trong các nguồn phát điện, tính gần đúng bằng
10% của PF ;
Pdp – tổng cơng suất tác dụng dự phịng cho tồn hệ thống, lấy gần đúng 10% của m
Ppt .

6


Từ phƣơng trình cân bằng nêu trên dễ dàng xác định đƣợc tổng công suất tác dụng phát ra
từ các nguồn PF khi đã biết công suất tác dụng của các phụ tải.
1. Cân bằng công suất phản kháng
Sự cân bằng công suất tác dụng đƣợc thể hiện bằng phƣơng trình cân bằng cơng suất
nhƣ sau:

Q F  Q  mQ pt  Q B  Q L  Qc  Q td  Qdp (1.2)
b
trong đó :

Q F - tổng công suất phản kháng các nguồn;
( Q F  tg F PF , tg F 

1  cos 2  F

, cos  F là hệ số công suất máy phát)
cos  F
Q pt - tổng công suất phản kháng phụ tải;

1  cos 2 
, cos  là hệ số công suất phụ tải )
( Q pt  tgPpt , tg 

cos 
Q B - tổng tổn thất cơng suất phản kháng trong máy biến áp, có giá trị khoảng 15%
của mQ pt ;
Q L , QC - tổng tổn thất công suất phản khảng trên các đƣờng dây và tổng cơng suất
phản kháng do chính các đƣờng dây sinh gia. Hai đại lƣợng này có giá trị tƣơng đƣơng nhau,
do vậy có thể tính gần đúng trong tính tốn cân bằng cơng suất là Q L  QC  0;
Q td - tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nguồn phát điện;

( Q td  tg td Ptd ; tg td 

1  cos 2  td
cos  td

, cos  td là hệ số công suất của

tự dùng).
Qdp – tổng công suất phản kháng dự phịng cho tồn hệ thống;
( Q dp  tg HT Pdp ; tg HT

1  cos 2  HT

, cos dp là hệ số công suất của Hệ thống).
cos  HT

Q  - tổng công suất bù sơ bộ. Đây là lƣợng công suất bù bắt buộc, gọi là bù cƣỡng bức
b
để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng theo phƣơng trình cân bằng cơng suất (1.2).

Vậy từ phƣơng trình cân bằng (1.2) dễ dàng xác định đƣợc tổng công suất bù cƣỡng bức.
Từ lƣợng công suất bù tổng này đem phân chia bù tại các phụ tải theo nguyên tắc: hộ phụ tải

càng có cosφ thấp và càng xa thì càng đƣợc phân chia bù cơng suất phản kháng nhiều, nhƣng
hệ số cosφ khơng đƣợc q 0,95.
VÍ DỤ 1.1
Tổng phụ tải đã xét đến hệ số đồng thời có giá trị là (348+j215,76) MVA. Để cấp cho tổng
phụ tải này dự định xây dựng hai nhà máy nhiệt điện nhƣ sau:

NĐ1 : 3x100MW; cos  F  0,8; cos  td  0,75
NĐ2 : 3x50MW; cos  F  0,8; cos  td  0,75
Liệu hai nhà máy trên đã đảm bảo cân bằng công suất với phụ tải hay không?

7


Bài giải :
1.Cân bằng công suất tác dụng:
mPpt  348MW; P  5% * 348  17,4MW; Pdp  10% * 348  34,8MW Từ phƣơng trình
cân bằng (1.1) ta có:

PF  Ptd  348  17,4  34,8  0,9PF  400,2MW
 PF  444,67MW
Với nguồn hai nhiệt điện nêu trên, khả năng phát cơng suất là:
3x100+3x50=450 MW
Vậy có thể kết luận đƣợc rằng hai nguồn nhiệt điện nêu trên hồn hồn thỏa mãn cho
phụ tải và dự phịng hệ thống.
2.Cân bằng công suất phản kháng:
1  0,8 2
1  0,75 2
tg F 
 0,75; tg td 
 0,882;

0,8
0,75
Q F  0,75 * 444,67  333,50M VAR; mQ pt  215,76M VAR;
Q B  15% * 215,76  32,36M VAR;
Q dp  0,75.34,8  26,1M VAR

Từ phƣơng trình cân bằng (1.2) tính đƣợc cơng suất bù sơ bộ là:

Q   (mQ pt  Q B  Q td  Q dp )  Q F 
b
 (215,76  32,36  0,1* 0,882 * 400,2  26,1)  333,5 
  23,98MVAR
Vậy không cần bù công suất phản kháng, tự nguồn công suất phản kháng của nhà máy
đảm bảo cấp đủ cho phụ tải.
1.2.2 Cân bằng công suất trong trƣờng hợp nhà máy nối hệ thống
Trên thực tế rất ít khi có trƣờng hợp thiết kế một HTĐ hồn toàn mới, mà thƣờng xảy ra
trƣờng hợp thiết kế một nhà máy nối với HTĐ đã có. Trong trƣờng hợp này việc tính tốn cân
bằng cơng suất có đặc thù riêng của nó. Thật vậy, để cấp điện cho một số phụ tải tuận tiện
nhất là xây dựng thêm một nhà máy điện cho chúng nếu có điều kiện. Nhà máy này đƣợc kết
nối với HTĐ đã có nhằm hỗ trợ công suất cùng hệ thống: nhà máy cấp điện cho các phụ tải
khơng đủ thì cần thiết lấy cơng suất từ hệ thống về, ngƣợc lại nếu nhà máy có cơng suất dƣ
thừa thì nó lại cấp cơng suất thêm cho hệ thống. Do vậy các phƣơng trình cân bằng công suất
tác dụng cũng nhƣ công suất phản kháng cịn có tham gia cơng suất hệ thống; cụ thể nhƣ dƣới
đây.
1.Cân bằng cơng suất tác dụng
Phƣơng trình cân bằng (1.1) trong trƣờng hợp này sẽ trở thành nhƣ sau:

PF  PHT  mPpt  P  Ptd  Pdp
trong đó:

8

(1.3)


PF - công suất tác dụng phát ra từ nhà máy;
Ptd - công suất tác dụng tự dùng nhà, giá trị của nó phụ thuộc vào loại nhà máy: nhà máy
thủy điện có giá trị 0,8 đến 1,5% PF, nhà máy nhiệt điện là từ 7 đến 15% PF;
PHT – công suất lấy từ/phát về hệ thống.
Các đại lƣợng khác nhƣ cũ ( xem mục 1.2.1)
Từ phƣơng trình cân bằng nêu trên dễ dàng xác định đƣợc tổng công suất tác dụng lấy
từ/phát về hệ thống.
2.Cân bằng công suất phản kháng
Trong trƣờng hợp “nhà máy-hệ thống” này phƣơng trình cân công suất phản kháng sẽ là :

QF  QHT  Q  mQpt  QB  Qtd  Qdp
b

(1.4)

trong đó:
Q F - công suất phản kháng của nhà máy;

1  cos 2  F
( Q F  tg F PF , tg F 
, cos  F là hệ số công suất máy phát)
cos  F
Q td - tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nguồn phát điện;
1  cos 2  td
( Q td  tg td Ptd ; tg td 

, cos  td là hệ số công suất của
cos  td
tự dùng).
QHT – công suất lấy từ/phát về hệ thống;
( Q HT  tg HT PHT ; tg HT 

1  cos 2  HT
, cos  HT là hệ số công suất
cos  HT

của hệ thống, thƣờng có giá trị khoảng 0,9)
Các đại lƣợng khác nhƣ cũ ( xem mục 1.2.1)
Từ phƣơng trình cân bằng (1.4) dễ dàng xác định đƣợc tổng công suất bù sơ bộ Q  . Từ
b
lƣợng công suất bù tổng này đem phân chia bù tại các phụ tải theo nguyên tắc: hộ phụ tải
càng có cosφ thấp và càng xa thì càng đƣợc phân chia bù cơng suất phản kháng nhiều, nhƣng
hệ số cosφ khơng đƣợc q 0,95.
VÍ DỤ 1.2
Tổng phụ tải đã xét đến hệ số đồng thời có giá trị là (362+j224) MVA.
Để cấp cho tổng phụ tải này dự định xây dựng nhà máy nhiệt điện nhƣ sau:
NĐ1: 3x100MW; cos F  0,85; cos td  0,7

Nhà máy đƣợc nối với HTĐ.
Hãy tính tốn cân bằng công suất
Bài giải :
1.Cân bằng công suất tác dụng:

9

mPpt  362MW; P  5% * 362  18,1MW; Pdp  10% * 362  36,2MW
Ptd  10% * 300  30MW
Từ phƣơng trình cân bằng (1.3) ta có:

300  PHT  362  18,1  36,2  PHT  116,3MW
2. Cân bằng công suất phản kháng:
tg F 

1  0,852
1  0,75 2
 0,62; tg td 
 0,882;
0,85
0,75

1  0,9 2
 0,484; Q HT  0,484 * 116,3  56,29M VAR
0,9
Q F  0,62 * 300  186M VAR; mQ pt  224M VAR;
tg HT 

Q B  15% * 224  33,6M VAR;
Q dp  0,484 * 36,2  17,52M VAR

Từ phƣơng trình cân bằng (1.4) tính đƣợc công suất bù sơ bộ là:

Q  (mQ pt  Q B  Q td  Qdp )  (Q F  Q HT ) 
b
 (224  33,6  0,882 * 30  17,52)  (186  56,29)  59,29MVAR
Vậy cần bù công suất phản kháng là 59,29MVAR.

1.2.3 Cân bằng công suất trong trƣờng hợp trạm biến áp cấp điện cho các phụ tải.
Tại các khu vực thƣờng thiết kế một trạm điện cấp cho các phụ tải của khu vực đó, mà trạm
điện đƣợc cấp điện từ hệ thống. Giả thiết việc cấp điện từ hệ thống cho trạm điện là không
hạn chế, tức là đáp ứng hồn tồn cơng suất cho các phụ tải. Khi đó việc tính tốn cân bằng
cơng suất tác dụng cũng nhƣ công suất phản kháng là nhƣ dƣới đây.
1.Cân bằng công suất tác dụng
Trong trƣờng hợp trạm biến cấp điện cho các phụ tải khu vực thì cơng suất trạm PTrạm chỉ
có cấp cơng suất cho các phụ tải cộng thêm tổn thất trong lƣới, phần tự dùng của trạm là
không đáng kể, cịn cơng suất dự phịng là khơng phải xét vì đây chỉ là cấp điện nội bộ khu
vực. Do vậy

PTram  mPpt  P

(1.5)

2.Cân bằng công suất phản kháng.
Phƣơng trình cân bằng cơng suất phản kháng trong trƣờng hợp này đơn giản nhƣ sau:

QTram  Q  mQpt  QB
b
trong đó :

Q Tram - cơng suất phản kháng trạm biến áp;

10

(1.6)


( Q Tram  tgTram PTram , tgTram 

1  cos 2 Tram
cos Tram

, cos Tram là hệ số công suất trạm biến

áp, thƣờng lấy khoảng 0,85)
VÍ DỤ 1.3
Tổng phụ tải đã xét đến hệ số đồng thời có giá trị là (155+j96) MVA.
Các phụ tải đƣợc cấp điện từ một trạm biến áp.
Hãy xác định công suất trạm cần có để đảm bảo cấp điện cho các phụ tải.
Bài giải :
1.Cân bằng công suất tác dụng:
mPpt  155MW; P  5% *155  7,75MW; PTram  155  7,75  162,75MW 2.Cân bằng
công suất phản kháng:

1  0,852
 0,62; Q Tram  0,62 * 162,75  100,91M VAR
0,85
mQ pt  96M VAR; Q B  15% * 96  14,4M VAR;
tgTram 

Q   (96  14,4)  100,91  9,49M VAR
b
Vậy cần bù công suất phản kháng là 9,49MVAR.
§1.3 CHỌN THIẾT ĐIỆN DÂY DẪN VÀ DÂY CÁP ĐIỆN
Dây dẫn và dây cáp là một thành phần chủ yếu của lƣới điện. Tiết diện dây và dây cáp
đƣợc lựa chọn theo những tiêu chuẩn kỹ thuật cũng nhƣ kinh tế. Tùy theo loại lƣới điện và
cấp điện áp mà ta phải theo tiêu chuẩn nào là chính, là bắt buộc, còn tiêu chuẩn khác là phụ,
là để kiểm tra.

Sau đây sẽ giới thiệu một số chỉ tiêu về chọn thiết diện dây dẫn và áp dụng chúng loại lƣới
điện.
1.3.1 Các chỉ tiêu lựa chọn tiết diện dây dẫn
1.Chọn tiết diên dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện
Mật độ kinh tế của dòng điện Jkt là một giá trị dòng mà 1mm2 dây dẫn mang tải sẽ đem lại
chi phí tính tốn là nhỏ nhất. Ta sẽ xem xét chi tiết hơn về đại lƣợng này.
Trƣớc hết xét vốn đầu tƣ đƣờng dây V. Vốn đầu tƣ V phụ thuộc vào chiều dài đƣờng dây,
cụ thể là :
V  v 0 .
(1.7)
trong đó: v0- vốn đầu tƣ 1km đƣờng dây (đ/km);
 - chiều dài đƣờng dây ( km);
Vốn đầu tƣ v0 cho 1 km đƣờng dây bao gồm các chí phí khơng liên quan đến tiết diện dây
dẫn nhƣ chi phí thăm dị, đền bù, chuẩn bị thi cơng, cột điện, sứ cách điện,… và chi phí tỷ lệ
thuận với tiết diện dây dẫn. Do vậy ta có thể biểu diễn V bằng biểu thức sau:

11


(1.7a)
V  a  bF.
trong đó: a- chi phí xây dựng 1 km đƣờng dây phần không liên quan đến
tiết diện dây ( đ/km);
b- hệ số biễu diễn quan hệ giữa vốn đầu tƣ xây dựng 1 km
đƣờng dây với tiết diện dây dẫn F (đ/km.mm2).
Phí tổn do tổn thất điện năng trên đƣờng dây trong toàn năm đƣợc thể hiện qua công thức
sau:

YA  .A  .Pmax .  .3I 2 .R.  .3I 2 . .
(1.8)

max
max
F
trong đó: Imax- dòng điện làm việc max trên đƣờng dây (A);
ρ - điện trở suất của dây dẫn (Ώ.mm2/km);
 - giá điện năng tổn thất (đ/kWh);
F - tiết diện dây dẫn (mm2);
 - thời gian tổn thất cơng suất cực đại (giờ/năm).
Phí tổn vần hàng hàng năm của đƣờng dây:


Y  a vh .V  YA  a vh a  bF.  .3I 2 . .
max
F

(1.9)

trong đó: avh- hệ số thể hiện chi phi hàng năm cho sửa thƣờng kỳ đƣờng dây hành năm,
lƣơng cơng nhân,…
Vậy cuối cùng ta có hàm chi phí tính tốn hàng năm:


Z tt  Y  a tc V  a vh  a tc a  bF.  .3I 2 .. .
.
max
F

(1.10)

trong đó: atc – hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn. Hệ số này thể hiện chi phí hàng năm thu hồi

vốn, cịn gọi là chiết khấu hao mòn.
Từ (1.10) ta thấy rằng hàm chi phí tính tốn phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn. Để xác định
tiết diện dây dẫn đảm bảo hàm chi phí tính tốn min, ta lấy đạo hàm Ztt theo F và cho triệt
tiêu, ta có:

Z tt
.3I 2 ...
3
max
 a vh  a tc .b. 
 0  Fkt  I max
2
F
ba vn  a tc 
F
Vậy mật độ kinh tế dòng điện là:

J kt 

I max
ba vh  a tc 

Fkt
3

(1.11)

Từ cơng thức (1.11) có thể đƣa ra một số nhận xét nhƣ sau:
1) Mật độ kinh tế của dịng điện khơng phụ thuộc vào điện áp của mạng;
2) Trị sơ mật độ kinh tế dịng điện phụ thuộc rất nhiều yếu tố, thay đổi theo tình hình phát

triển kinh tế và chính sách của từng nƣớc. Trị số mật độ kinh tế dịng điện có thể tra cứu
ở các tài liệu hƣớng dẫn thiết kế lƣới điện hay tham khảo bảng 1.1
3) Từ mật độ kinh tế dịng điện có thế tính tốn chọn tiế diện dây dẫn.

12


Bảng 1.1 Mật độ kinh tế dòng diện, A/mm2
Loại dây dẫn

Mật đô kinh tế ứng Tmax,(giờ)
1000-3000

1.Dây dẫn và thanh dẫn trần
- bằng đồng
- bằng nhôm,nhôm lõi thép
2.Cáp cách điên bằng giấy, lõi
- bằng đồng
- bằng nhôm
3.Cáp cách điện bằng cao su, lõi
- bằng đồng
- bằng nhôm

3000-5000

>5000

2,5
1,3

2,1
1,1

1,8
1,0

3,0
1,6

2,5
1,4

2,0
1,2

3,5
1,9

3,1
1,7

2,7
1,6

2. Các chỉ tiêu kỹ thuật khi lựa chọn tiết diên dây dẫn
* Chỉ tiêu về vầng quang điện
Một tiết diện dây dẫn đƣợc chọn phải đảm bảo tổn thất do vầng quang là chấp nhận đƣợc.
Điều kiện này đƣợc thể hiện qua chỉ tiêu tiết diện tối thiểu hay điện áp vầng quang tối thiểu
nhƣ dƣới đây.
- Chỉ tiêu tiết diện tối thiểu: tiết diện dây dẫn phải đảm lớn hơn tiết diện tối thiểu, F  Fmin .

Tiết diện tối thiểu Fmin theo quy định la dây dẫn AC-70 đối với điện áp định mức lƣới 110
kV, AC-95 khi điện áp 220 kV.
- Chỉ tiêu điện áp vầng quang tối thiểu :

U vq  84m.r. lg

a
 U Luoi , ; kV
r

(1.12)

trong đó: m- hệ số xù xì (độ nhẵn) của dây dẫn;
(dây dẫn một sợi m=0,83÷0,98, nhiều sợi vặn xoắn m=0,83÷0,87)
r - bán kính ngồi của dây dẫn (cm);
a- khoảng cách giữa các pha của dây dẫn.
Cơng thức (1.12) tính Uvq áp dụng khi các dây dẫn ba pha bố trí trên đỉnh tam giác đều;
Nếu chúng đặt trên cùng mặt phẳng thì đối với pha giữa giảm 4%, còn hai pha bên tăng thêm
6%.
* Chỉ tiêu về phát nóng
Một tiết diện dây dẫn đƣợc chọn còn phải đảm bảo về chỉ tiêu phát nóng khi sự cố. Khi có
sự cố, chẳng hạn đối với mạch vòng bị sự cố một đoạn nào đó hay khi dây lộ kép bị sự cố
một lộ thì khi đó dịng điện trên dây dẫn sẽ là dịng điện cƣỡng bức, lơn hơn lúc bình thƣờng,
dây dẫn phải chịu phát nóng hơn. Vậy dân dẫn đƣợc chọn phải đảm bảo chỉ tiêu phát nóng
nhƣ sau:

13


max

I cb  k 1 .k 2 .I cp

(1.13)

max
trong đó: I cb - dòng điện cƣỡng bức lớn nhất;

Icp - dòng điện cho phép của dây dẫn trong điều kiện chuân
(nhiệt độ  ch 250C), do nhà chế tạo cho;
k1- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ;
k1 

bt
 cp   xq

(1.13a)

bt
 cp   ch

bt
bt
trong đó:  cp - nhiệt cho phép lúc bình thƣờng,  cp =700C;

 xq - nhiệt độ môi trƣờng xung quanh (Việt nam  xq =350C)

k2- hệ số xét sự đặt gần nhau của dây dẫn (nếu có), k2=0,92.
* Chỉ tiêu tổn thất điện áp
Khi một lƣới điện đã đƣợc lựa chọn loại dây dẫn cũng nhƣ tiết diện của chúng thì nhất thiết
tổn thất điện áp kể từ đầu nguồn tới phụ tải xa nhất phải đảm bảo nhỏ hơn một giá trị cho

phép lúc bình thƣờng cũng nhƣ lúc sự cố:
max
cp
U max  U cp ; U SC  U SC
bt
bt

(1.14)

trong đó: U max - tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thƣờng kể từ đầu
bt
U

max
bt

U

nguồn đến phụ tải xa nhất;
- tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố kể từ đầu

cp
bt

U

cp
SC

nguồn đến phụ tải xa nhất;

- giá trị điện áp cho phép lúc bình thƣờng, bằng khoảng
10÷12% điện áp định mức;
- giá trị điện áp cho phép lúc sự cố, bằng khoảng
18÷20% điện áp định mức;

*Chỉ tiêu về ổn định nhiệt khi ngắn mạch
Đặc trƣng về nhiệt đối với dây dẫn khi ngắn mạch là nhiệt độ cuối  2 (đơn vị là 0C) và
xung lƣợng nhiệt BN (đơn vị là A2sec). Cách xác định hai giá trị này sẽ đƣợc đề cập trong
giáo trình khác. Điều kiện ổn định nhiệt của dây dẫn khi ngắn mạch là:

 2   cp hay F 
2

BN
C

hay I N  I nh 

F.C
t cat

(1.15)

trong đó:  cp - nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch,0C (xem bảng 1.1)
2
F - tiết diện dây dẫn, mm2;
IN - dòng ngắn mạch, A;

14

tcat- thời gian tồn tại ngắn mạch, sec;
C – Hằng số, As1/2/mm2 (xem bảng 1.2)
Bảng 1.2 Nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch và hằng số C
Dây dẫn
Đồng trần
Nhôm trần
Cáp PVC lõi đồng
Cáp PVC lõi nhôm
Cáp XLPE lõi đồng
Cáp XLPE lõi nhôm

 cp ; 0 C
2

C; As

1

2

/ mm 2

300
200
115
76
143
94

1.3.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn cho các loại lƣới điện
1)Đường dây tải điện trên không điện áp từ 35 kV trở lên
Lựa chọn tiết diện dây dẫn trên không điện áp từ 35 kV trở lên đƣợc tiến hành qua các bƣớc
nhƣ sau:
1. Chọn tiết diện theo mật độ kinh tế dòng điện;
2. Kiểm tra điều kiện vầng quang (đối với điện áp 110 kV trở lên);
3. Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố đƣờng dây;
4. Tính tốn tổn thất điện áp lúc bình thƣờng và khi các sự cố.
2)Lưới điện cung cấp từ 1kV trở lên đến 35 kV
Lựa chọn tiết diện dây dẫn trên không cho lƣới điện cung cấp điện áp từ 1 kV đến 35 kV
đƣợc tiến hành qua các bƣớc nhƣ sau:
1. Chọn tiết diện theo mật độ kinh tế dịng điện;
2. Tính tốn tổn thất điện áp lúc bình thƣờng và khi các sự cố.
3. Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố đƣờng dây;
3)Đường dây cáp điện lực
Lựa chọn tiết diện dây cáp điện đƣợc tiến hành qua các bƣớc nhƣ sau:
1. Chọn loại cáp theo vị trí lắp đặt (trong hầm cáp, treo trên tƣờng, chôn trong đất);
2. Chọn tiết diện cáp theo mật độ kinh tế dòng điện;
3. Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc bình thƣờng:

I max  k1 .k 2 .I cp
bt

(1.16)

trong đó: I max - dịng điện làm việc bình thƣờng lớn nhất lớn nhất;
bt
Các hệ số k1,k2 đƣợc tính nhƣ đã giới thiệu trong 3.1.1, riêng đối với tính k1 theo cơng
thức (1.13a) phải lấy  xq =450C đối với Việt nam khi cáp chơn dƣới đất.
4. Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố (đối với cáp lộ kép):

15


max
I cb  k qt k1.k 2 .I cp

(1.17)

max
trong đó: I cb - dòng điện cƣỡng bức lớn nhất lớn nhất;

kqt - hệ số quá tải cho cáp.
Trong điều kiện làm việc bình thƣờng dịng điện qua cáp khơng vƣợt quá 80% dòng điện
cho phép (đã hiệu chỉnh), khi sự cố có thể cho phép cáp quá tải 30% trong thời gian không
quá 5 ngày đêm; kqt=1,3.
5. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch theo cơng thức (1.15).
§1.4 TÍNH TỐN KINH TẾ-KỸ THUẬT CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU
Bài tốn tính tốn kinh tế-kỹ thuật để chọn phƣơng án tối ƣu trong thiết kế lƣới điện rất
phong phú. Trong khuôn khổ của giáo trình này chỉ thiệu một phƣơng pháp tính tốn đơn
giản: phƣơng pháp hàm chi phí tính tốn khơng xét yếu tố thời gian, có nghĩa vốn đầu tƣ và
xây dựng chỉ xảy ra trong một năm và chi phí vận hành hàng năm là cố định.
Hàm chi phí tính tốn đƣợc thể hiện nhƣ sau:

Z  a vh  a tc V  A.

(1.18)

trong đó: avh- hệ số thể hiện chi phi hàng năm cho sửa thƣờng kỳ đƣờng dây hàng năm,
lƣơng công nhân,…

atc - hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn.
V - vốn đầu tƣ ; (đ)
∆A - tổn thất điện năng ; (kWh)
 - giá điện năng tổn thất (đ/kWh);
Trong trƣờng hợp các phƣơng án có cùng số lƣợng máy biến áp (MBA) thì trong tính tốn
vốn đầu tƣ V chỉ xét đầu tƣ cho đƣờng dây. Vốn đầu tƣ cho đƣờng dây lộ đơn đƣợc tính theo
cơng thức:

V  v 0 .

(1.19)

trong đó:  - độ dài đƣờng dây; (km);
v0 - suất vốn dầu tƣ cho 1 km đƣờng dây; đ/km
Suất vốn đầu tƣ cho 1 km đƣờng dây là vốn cho kể cả khảo sát, thiết kế, thi cơng, dây dẫn,
móng, cột,.....
Hệ số avh có thể lấy khoảng 4%, cịn hệ số atc có thể lấy khoảng 12,5%.
Tổn thất điện năng đƣợc tính theo cơng thức sau:

A  P .

(1.20)

trong đó:
P - tổn thất cơng suất tác dụng tồn lƣới, bằng tổng tổn thất công suất tác dụng các
đoạn dây; (kWh)

16

 - thời gian tổn thất công suất cực đại, đƣợc tính theo cơng thức :
  0,124  10 4 Tmax  .8760
2

(1.21)

Tmax – thời gian sử dụng công suất cực đại trong năm;
Phƣơng án nào có hàm chi phí tính tốn Z nhỏ thì là tối ƣu, nếu các chỉ tiêu về kỹ thật đều
đảm bảo. Ngoài chỉ tiêu về kinh tế phƣơng án tối ƣu còn thể hiện ở các chỉ tiêu kỹ thuật: tổn
thất điện áp lúc bình thƣờng cũng nhƣ lúc sự cố, tổn thất công suất tổng, tin cậy,.....

17


Chương 2
TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP
HỆ THỐNG ĐIỆN PHỨC TP
Đ2.1 Tổng quát chung về tính toán chế độ xác lập
hệ thống điện
2.1.1 Khái quát chung
Bài toán tính chế độ xác lập (CĐXL) hệ thống điện (HTĐ) nhằm xác định dòng công suất,
dòng điện trên các nhánh và điện áp tại các nút ứng với mỗi chế độ phụ tải cũng nh- công
suất phát của các nguồn với các tổ hợp giá trị khác nhau. Đối với HTĐ đơn giản công việc
tính toán có thể thực hiện bằng tay, còn đối với HTĐ phức tạp nhiều nguồn, nhiều phụ tải,
nhiều cấp điện áp với cấu trúc lới bất kỳ thì việc tính toán bằng tay không thể thực hiện đ-ợc.
Khi đó cần có các ph-ơng pháp tính lập trình theo ch-ơng trình máy tính. Tính toán chế độ
xác lập HTĐ bằng các ch-ơng trình máy tính gồm hai vấn đề: lập hệ ph-ơng trình mô tả chế
độ xác lập của HTĐ , giải hệ ph-ơng trình. Trong ch-ơng này sẽ phân tích kỹ l-ỡng hai vấn
đề này.
2.1.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống điện trong tính toán độ xác lập

Phân tích chế độ xác lập của hệ thống điện ba pha đối xứng đ-ợc tiến hành trên sơ đồ thay
thế một pha của hệ thống. Sơ đồ thay thế biểu diễn cấu trúc hình học và các quá trình năng
l-ợng của các phần tử trong hệ thống.
Các phần tử trong hệ thống điện đ-ợc chia thành các phần tử tích cực và các phần tử thụ
động.
Các phần tử tích cực là các máy phát điện và các phụ tải tiêu thụ điện năng. Các phần tử
thụ động là các đ-ờng dây trên không, các đ-ờng dây cáp, các máy biến áp trong các trạm,
cũng nh- các thiết bị bù nối tiếp và bù song song . Tất cảc các phần tử thụ động đ-ợc giả thiết
là tuyến tính.
Thông th-ờng, trong tính chế độ xác lập, các phần tử thụ động đ-ợc biểu diễn bằng các sơ
đồ thay thế hình , .... các nhánh của phần các tử thụ động trong sơ đồ thay thế đ-ợc chia
thành các nhánh dọc và các nhánh ngang. Các nhánh ngang nối giữa các nút sơ đồ với trung
tính, nghĩa là nút có điện thế bằng không. Các nhánh dọc nối với tất cả các nút, trừ nút có điện
thế bằng không, nghĩa là các nhánh dọc không nối với trung tính. Các nhánh dọc gồm có
điện trở tác dụng và cảm kháng của các đ-ờng dây truyền tải điện năng, các cuộn dây của các
máy biến áp và dung kháng của các thiết bị bù nối tiếp. Các nhánh ngang là tổng dẫn của các
đ-ờng dây truyền tải điện năng với đất, của các kháng và các tụ nối đất. trong một số tr-ờng
hợp, tổn thất công suất trong lõi thép của máy biến áp đ-ợc biểu diễn bằng tổng dẫn nối
ngang.
Trong tất cả các ch-ơng trình hiện đại dùng để tính toán chế độ xác lập, sơ đồ thay thế của
hệ thống không quy về một cấp điện áp, đồng thời tính đến các tỷ số biến đổi phức của các
máy biến áp. Điều đó t-ơng ứng với giả thiết rằng, sơ đồ thay thế của máy biến áp gồm có
tổng trở nối dọc và máy biến áp lý t-ởng. Nếu nh- có các máy biến áp điều chỉnh bổ sung thì
các suất điện động của chúng đ-ợc tính trong tỷ số máy biến áp phức. Cần l-u ý rằng, tính

18


chính xác hơn các máy biến áp điều chỉnh bổ sung là vấn đề phức tạp, không cần xét đến
trong khi tính các chế độ xác lập.

Các phần tử tích cực của hệ thống điện là các máy phát trong các nhà máy điện, chúng phụ
thuộc công suất tua bin PT và suất điện động Eq tạo ra bởi hệ thống kích từ. Trong tr-ờng hợp
chung, cần có xét các quan hệ bên trong của chính máy phát. Trong tính toán l-ới điện th-ờng
hay chỉ giới hạn đến nút đầu cực máy phát mà ở đó thể hiện bằng công suất phát của chúng.
Thực tế các thông số đầu ra của máy phát có liên quan rất mật thiết đến công suất tua bin và
suất điện động tạo bởi kích từ của máy phát. Các ph-ơng trình mô tả mối quan hệ bên trong
cho mối máy phát là nh- sau:







2
EQU
U

QF 

cos ;

Xq
Xq


Xq 
Xq 

 U cos ;

EQ  Eq
 1 

Xd 
Xd 



E q  E q 0  K U U  U 0   k I I  I 0   k   


 

PT   PF0  PFdm
;
 

EQU
PF 
sin   PT ;
Xq



(2.1)



Trong đó :

- góc lệch pha giữa điện áp thanh cái đầu cực máy phát và sđđ Eq;
- hệ số điều chỉnh tĩnh của thiết bị điều chỉnh công suất tua bin;
Xd,Xq- các điện kháng máy phát thành phần dọc và ngang;
Eq, EQ- các sđđ của máy phát thành phần trục ngang và sđđ cực ẩn;

k U , k I , k - các hệ số điều chỉnh điện áp, dòng điện và tần số;
PF, QF - công suất tác dụng, phản kháng của máy phát.
Khi hệ thống có nhà máy điều tần (tại nút cân bằng) tần số đ-ợc giữ không đổi

( 0; PF PT ) có thể bỏ qua các ph-ơng trình liên quan đến công suất tác dụng trong
(2.1). Với máy phát có Tự động Điều chỉnh Kích từ (TĐK) tác động mạnh, cho phép chọn K U
rất lớn thì Eq thay đổi kịp thời đảm bảo độ lệch nhỏ giữa U và U0, nghĩa là có thể coi điện áp
đầu cực máy phát không đổi; Khi đó có thể bỏ qua đ-ớc các ph-ơng trình có liên quan đến
QF, có nghĩa là tại nút đó có một công suất phát phản kháng bình th-ờng. Với máy phát có
TĐK tác động tỷ lệ, sđđ Eq không đổi sau kháng điện Xd, các ph-ơng trình (2.1) vẫn có thể
đ-ợc bỏ qua nếu trong ph-ơng trình nút phát này được tính đến trước Xd, khi đó Ui=Eqi
Trên cơ sở phân tích trên, trong tính toán chế độ xác lập, các máy phát có thể đ-ợc cho nhsau :
1. Công suất không đổi về trị số PF=const, QF=const, các biến sẽ là U F , F
Trong tr-ờng hợp này công suất của các máy phát chỉ khác dấu so với tr-ờng hợp cho công
suất không đổi của phụ tải tiêu thụ điện. Cho công suất tác dụng không đổi phù hợp với điều

19


kiện làm việc thực của máy phát trong hệ thống, bởi vì công suất tác dụng có thể giữ không
đổi về trị số do điều chỉnh tần số ở các máy phát. Cho công suất phản kháng không đổi phù
hợp với các chế độ thực của hệ thống, do không có các thiết bị điều chỉnh công suất phản
kháng trong các máy phát.
2. Công suất tác dụng không đổi và modul không đổi của điện áp PF=const, UF=const, các
biến sẽ là Q F , F

Trong tr-ờng hợp này các ẩn số là công suất phản kháng và pha của điện áp. Các nút nhvậy đ-ợc gọi là nút cân bằng về công suất phản kháng. Cho modul không đổi của điện áp và
công suất phản kháng tự do phù hợp với các điều kiện làm việc thực của máy phát hay các
máy bù đồng bộ có các thiết bị điều chỉnh điện áp để giữ cho modul điện áp UF=const.
3.Modul và pha không đổi của điện áp UF=const, F=const, các biến sẽ là PF , Q F
Đối với các nút này, các ẩn số là công suất tác dụng và phản kháng, nghĩa là PF=var, QF=
var . Ph-ơng pháp cho ác số liệu ban đầu nh- vậy phù hợp với các nút cân bằng về công suất
tác dụng và phản kháng. Những nút đó đ-ợc gọi là nút cân bằng công suất trong hệ thống.
Công suất của các nút cân bằng đ-ợc xác định theo điều kiện cân băng công suất trong hệ
thống có tính đến tổn thất công suất trong các mạng điện
Trong tính toán chế độ xác lập có thể cho một hoặc một số nút cân bằng. Mỗi nút cân bằng
t-ơng ứng với một nhà máy điện điều khiển tần số, nghĩa là nhà máy điện sẽ đảm nhận phần
công suất tác dụng không cân bằng và đồng thời duy trì tần số không đổi trong hƯ thèng. Cho
mét hay mét sè nót c©n b»ng phï hợp với giả thiết rằng tần số trong hệ thống là không đổi.
Khi phân tích chế độ xác lập, các phụ tải điện có thể đ -ợc biểu diễn nhsau:
1. Công suất không đổi về trị số P p t =const, Q p t =const, các biến sẽ là
U pt , pt
Phụ tải cho bằng công suất không đổi là chính xác đối với các hệ thống điện có đủ các thiết
bị điều chỉnh điện áp . Trong các hệ thống đó, điện áp ở các hộ tiêu thụ đ-ợc giữ không đổi
nhờ sử dụng rộng rÃi các máy biến áp có điều chỉnh điện áp d-ới tải, cũng nh- các máy biến
áp điều chỉnh đ-ờng dây hay các máy biến áp điều chỉnh bổ sung. Ngoài ra, còn sử dụng rộng
rÃi các ph-ơng tiện điều chỉnh cục bộ (các bộ tụ điều khiển, các máy bù đồng bộ,v,v Trong
).
các điều kiện đó, điện áp ở hộ tiêu thụ và công suất toàn phần của phụ tải không thay đổi chế
độ. Trên thực tế, cho phụ tải bằng công suất không đổi là giả thiết rằng điện áp bằng điện áp
danh định.
2.Dòng điện không đổi về modul và pha Ipt= Ipt+j Ipt= const.
Góc pha của dòng điện đ-ợc xác định so với điện áp nút cơ sở. Cho phụ tải bằng dòng điện
không đổi và modul và pha th-ờng đ-ợc sử dụng trong khi phân tích chế độ xác lập các mạng
phân phối. Trong các mạng cung cấp, điện ¸p cđa c¸c nót kh¸c nhau nhiỊu vỊ trÞ sè và pha .
Vì vậy , ph-ơng pháp biểu diễn phụ tải này có thể dẫn đến sai số lớn trong tính toán chế độ

xác lập của các mạng cung cấp.

20


3. Các đ-ờng đặc tính tĩnh, nghĩa là công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải phụ
thuộc vào điện áp Ppt(U),Qpt(U)
Biểu diễn này phản ánh đầy đủ nhất các tính chất của phụ tải so với các tr-ờng hợp cho
bằng dòng điện không đổi hay công suất không ®ỉi, nh-ng phøc t¹p trong khi tÝnh .



4. Tỉng dÉn hay tổng trở không đổi Y pt G pt  jB pt  Const; Z pt = Rpt+jXpt=const
C¸ch biĨu diễn này t-ơng đ-ơng với phụ tải bằng các đ-ờng đặc tính phụ thuộc bình ph-ơng
vào điện áp. Trên thực tÕ, tỉng dÉn hay tỉng trë cđa phơ t¶i phơ thuộc vào giá trị điện áp đặt
vào phụ tải. Vì vậy cách biểu diễn này không đảm bảo độ chính xác cao cho các kết quả tính
toán.
5. Dòng điện ngẫu nhiên trong khi phân tích chế độ của các hệ thống điện có bộ phận lớn
phụ tải kéo.
Điện khí hoá giao thông là dạng đặc biệt của phụ tải có giá trị và vị trí nối thay đổi theo

thời gian. Các phụ tải này đ-ợc biểu diễn ở dạng I (q) , trong đó q là đại l-ợng ngẫu nhiên.
pt

Phân tích chế độ có xét đến tính chất ngẫu nhiên của phụ tải đ-ợc áp dụng để tính chế độ
của các hệ thống cung cấp điện cho đ-ờng sắt.
Đ2.2 Hệ ph-ơng trình mô tả chế độ xác lập hệ thống ®iƯn b»ng ma


trËn tỉng d©n Y , tỉng trë Z

XÐt một hệ thống điện (HTĐ) một cấp điện áp gồm n+1 nút, trong đó có n nút độc lập và
một nút cân bằng ( nút thứ n+1). Ngoài ra còn có một nút đất ký hiệu là 0 dành cho c¸c nh¸nh
ngang nh- tơ bï ngang, kh¸ng bï ngang, dung dẫn và điện dẫn ngang của đ-ờng dây. Nhìn từ
khía cạnh nút i nào đó thì HTĐ có thể thể hiện đơn giản nh- trên hình 2.1

j; j=1,2,3,.(n+1)

Hình 2.1. Sơ đồ HTĐ nhìn từ khía cạnh nút i
Các thông số ghi trên hình 2.1 là nh- sau:
Ji- nguồn dòng. Giá trị d-ơng nếu là nguồn và âm nếu là tải; còn đồng thời cả nguồn và tải
thì làm phép cộng đại số;

1 nh
nh
nh


Yijnh - điện dẫn nhánh ij; Yijnh  nh ; Z ij  Rij  jX ij ;

Z ij

 nh
Z ij - tỉng trë nh¸nh ij;

21


nh
Yio - điện dẫn ngang tại nút i ;

I ij - dòng điện chảy từ nút i sang nút j ;

I i 0 - dòng điện chảy từ nút I xuống đất theo nhánh điện dẫn ngang.

Theo định luật KiÕcKhèp I ta cã :
( n 1)

 I
i 0

ij


 Ji

¸p dụng định luật KiếcKhốp cho đoạn nhánh triển khai công thøc trªn ta cã:

  nh

 

U i Yi 0   U i  U j .Yijnh  J i
n 1
j 1
j i

 n 1

n 1


 nh 
  
 

 Yio .U i    Yijnh .U i   Yijnh .U j  J i
j 1
 j 1

j i
 j i

n 1

 
 
 Yii .U i   Yij .U j   i
j

(2.2)

j1
ji

trong ®ã:
n 1

- điện dẫn riêng nút i :

- điện dẫn t-ơng hỗ gữa nút i và j :

Yii Yijnh

(2.2a)



Yij Yijnh

(2.2b)

j 0
j i

( nếu giữa nút i và j không có kết nối thì Yij = 0 )
Từ công thức (2.2) triển khai thành hệ ph-ơng trình đầy đủ nh- sau:

 
 
 
 



Y11U 1  Y12 U 2    Y1 j U j    Y1,n U n  Y 1,n 1 U n 1  J 1




 
 
 
 



Y21U 1  Y22 U 2    Y2 j U j    Y2,n U n  Y 2,n 1 U n 1  J 2


........................................................................................


 U  Y U    Y U    Y U Y U  J

 
 
 



Yi1 1
 (2.3)
i2 2
ij j
i,n n
i , n 1 n 1
i

.........................................................................................


 U  Y U    Y U    Y U Y U  J

 
 
 




Yn1 1
n2 2
nj j
n ,n n
n , n 1 n 1
n












Yn 1,1 U 1  Yn 1, 2 U 2    Yn 1, j U j    Yn 1,n U n  Y n 1,n 1 U n 1 J n 1

Nh- đà nói ở trên trong sè (n+1),cã mét nót c©n b»ng (th-êng chän nót thø n+1). Nút cân
bằng này có giá trị môđun điện áp Ucb b»ng h»ng sè cho tr-íc vµ gãc lƯch  cb cịng lµ h»ng sè

cho tr-íc ( th-êng lÊy  cb =0). Trong khí đó giá trị dòng của nút cân bằng J n 1 không phải là

22


giá trị cho tr-ớc mà nó chỉ đ-ợc xác định sau khi giải tích HTĐ trên cơ sở cân bằng dòng tại

nút cân bằng ; J n 1 bằng tổng dòng các nhánh đ-ợc nối vào nút cân bằng:


J n 1


J

j( n 1)

n 1, j

(2.4)


Nh- vậy với giá trị dòng các nút J i ; i 1 n cho tr-ớc hệ ph-ơng trình (2.3) chỉ gồm n


ẩn phøc U i ; i  1  n . Do vậy cần thiết đ-a hệ ph-ơng trình (2.3) về hệ ph-ơng trình gồm n

ph-ơng trình là đủ. Thực vậy, không mất bản chất toán học ta thế các biến U i ; i  1  n b»ng



biÕn U i U i U cb , đ-ợc goi điện áp chênh lệch giữa nút i và cân bằng. Với sự thay thế biến

này, từ hệ ph-ơng trình (2.3) có thể viết thành ph-ơng trình (2.5) nh- sau:



 
 

Y11U 1  Y12 U  2    Y1 j U j    Y1,n U n  J 1 

 
 
 
 

Y21U 1  Y22 U  2    Y2 j U j    Y2,n U n  J 2 

...........................................................................

 
 
 
 
 
Yi1 U 1  Yi 2 U  2    Yij U j    Yi ,n U n  J i 


...........................................................................

 U  Y U  Y U  Y U  J 

 
 
 

Yn1 1
n2
2
nj j
n ,n
n
n

(2.5)

Hay viÕt d-íi d¹ng ma trËn ta cã:



 Y11 Y12


Y21 Y22
 



Yn1 Yn 2





 Y1n   U 1   J1 
      
 Y2 n   U  2   J 2 
x

      
      
 Ynn   U n  J n



(2.5a)

Viết d-ới dạng ngắn gọn:




   
Y .U   J hay U   Y 1.J  Z .J
trong ®ã :

(2.5b)


Y - ma trËn tỉng dÉn, kÝch th-íc nxn;

Z - ma trËn tỉng trë, kÝch th-íc nxn;

U  - ma trËn cét điện áp chênh lệch nút, kích th-ớc n;

J - ma trËn cét ngn dßng nót, kÝch th-íc n.




Ma trËn tỉng dẫn Y là ma trận vuông kích th-ớc nxn, ma trận đối xứng ( Yij Y ji ),
các phần tử trên đ-ờng chéo có giá trị d-ơng, còn lại là có giá trị âm . Ma trận tổng dẫn

Y th-ờng là ma trận th-a vì có nhiều cặp nút không có nhánh nối.

23



Ma trận tổng trở Z là ma trận nghịch đảo của ma trận tổng dẫn, là ma trận vuông kích



th-ớc (nxn), cũng là ma trận đối xứng ( Z ij  Z ji ). Ma trËn tỉng trë Z lµ ma trận dầy đặc (các

phần tử th-ờng là khác không) vì nó là kết quả của phép nghịch đảo của ma trận tổng dẫn Y ,
chứ không thể hiện gì về cấu hình nối của l-ới điện.
ví dụ 2.1

Cho sơ ®å l-íi ®iƯn gåm mét ngn A víi ba phơ tải nh- trên hình 2.2. Nút A là nút cân
bằng có giá trị điện áp UA=Ucb=10.
1

A

2

3
Hình 2.2. Sơ đồ l-ới điện cho ví dụ
nh
nh
nh
nh
nh
Điện trở các nhánh : Z A1  1; Z A2  2; Z A3  1; Z12 4; Z 23 4 .

Dòng các nút : J1=2; J2=1; J3=3.

HÃy viết hệ ph-ơng trình biểu diễn bằng ma trận tổng dẫn Y .
Bài giải:
nh
nh
nh
nh
nh
Điện dẫn các nh¸nh : YA1  1; YA2  0,5; YA3  1; Y12  0,25; Y23  0,25

Theo c«ng thøc (2.2a) tính điện dẫn riêng các nút nh- sau:
Y11=YA1+Y12=1+0,25=1,25 ;

Y22=Y12+Y23+YA2=0,25+0,25+0,5=1;
Y33=YA3+Y23=1+0,25=1,25
Khi đó ph-ơng trình (2.5) sẽ là:

0 U 1  2
 1,25  0,25
 0,25
1
 0,25 *  U  2     1

 
  
 0
 0,25 1,25   U  3   3



ví dụ 2.2
Cho sơ đồ l-ới ®iƯn gåm mét ngn A víi ba phơ t¶i nh- trên hình 2.2. Nút A là nút cân
bằng có giá trị điện áp UA=Ucb . Điện trở các nhánh :

24



Z nh  (5,3  j10,3);
A1
 nh  (10,5  j20,5);
ZA2


Z nh  (8,4  j16,4);
A3

 nh
Z12  (9,9  j13,2);

Z nh (11,6 j15,4)
23
Dòng các nút :

J 1  0,136  j0,091kA;

J 2  0,273  j0,182kA;

J  0,182 j0,066kA
3

HÃy viết hệ ph-ơng trình biểu diễn bằng ma trận tổng dẫn Y.
Bài giải:
Điện dẫn các nhánh :
1
1
nh
 0,0381  j 0,079; Y A2 
 0,020  j 0,039;
5,3  j10,3
10,5  j 20,5
1
1
 nh


 0,025  j 0,048; Y12 
 0,036  j 0,048;
8,4  j16,4
9,9  j13,2
1

 0,031  j 0,041
11,6  j15,4


Y Anh 
1

Y Anh
3
nh
Y23

Theo công thức (2.2a) tính điện dẫn riêng các nót nh- sau:


 nh

 nh 
 nh
Y11  YAnh  Y12  0,076  j 0,126; Y22  Y12  YAnh  Y23  0,092  j 0,1;
1
2




Y  Y nh  Y nh  0,051  j 0,08;
33

A3

23

Khi ®ã ph-ơng trình (2.5) sẽ là:

(0,036 j 0,049)
0
0,076  j 0,126
 U 1 
 (0,036  j 0,049)
0,092  j 0,138
 (0,031  j 0,041) x U  2 

 


 U  3 
0
 (0,031  j 0,041)
0,051  j 0,08  


  (0,136  j 0,091) 
   (0,273  j 0,182 



 (0,182 j 0,066)



Đ2.3 Hệ
ph-ơng
trình mô
tả hệ
thống điện
bằng

công suất nút
Từ hệ ph-ơng trình (2.3) ta thấy ph-ơng trình nút i đ-ợc viÕt nh- sau :
n 1

 
 

YiiU i   YijU j J i
j 1
j i


Công suất tại nút i l µ S i  Pi  jQi , vậy dòng tại nút i đ-ợc viết qua

25